9- 可靠性设计-2机械强度可靠性设计.ppt

强度可靠性问题的由来 强度可靠性设计 强度可靠性设计的内容 机械强度可靠性设计 疲劳强度可靠性设计 ２）基本出发点：认为强度δ是概率密度为g(δ)的随机变量，工作应力σ是概率密度为f(σ)的随机变量。通过对δ＞σ的概率分析计算得到产品的强度可靠度，进而可衡量产品是否强度可靠。 4）应力-强度均正态分布的强度可靠度计算 5）应力-强度均对数正态分布的强度可靠度 在干涉区产品一定会失效吗？ 考虑应力强度干涉的强度可靠性分析 机械强度可靠性设计过程　 * 伴随科学技术的发展，人们对产品能够长期、稳定、安全地工作形成了更高的要求 实际中，除了天灾人祸，产品在正常载荷下也会失效。 按载荷、强度等因素 动态变化规律分析产品强度 实际中，产品的“载荷、材料性能、强度、工作时间”等因素都不是按设计指标和工艺要求一成不变的，它们都是随机变量。 强度可靠性设计 按载荷、强度这 两个 随机变量的变化 规律分析产品强度 机械强度可靠性设计 　 １、概念 　　针对产品强度问题，基于可靠性理论，通过对载荷(应力)及强度的概率分布规律的研究, 通过对满足强度的概率的计算来分析产品强度，控制强度失效而形成的设计方法。 机械强度可靠性设计 　 　２、作用和价值 基于载荷(应力)及强度的概率分布规律而实现对产品强度失效概率的严格控制,保证产品在其功能的稳定和时效层面良好满足设计要求 　 3、机械强度可靠性设计形成背景 　 1）传统强度设计方法及不足 　不足： 　１）安全系数凭经验给定，未准确考虑产品疲劳及偶然因素对强度的影响 　２）设计存在误差，安全系数过小导则产品易损坏，过大则形成结构庞大以及材料和性能浪费 n1 4、机械强度可靠性设计的方法 　产品的强度可靠性可以依据强度δ 应力σ的“概率分布规律”加以分析确定 　－强度概率计算法 P（δ＞σ） 产品强度可靠以其强度工作应力为前提 随机变量 　１）原理： 　强度概率计算法 　３）强度概率计算法的计算原理　　 　　因产品强度可靠必满足 Z= δ－σ＞0 　则产品强度可靠度可表示为： R=P( z＞0) 产品强度可靠度就是δ σ的概率 表示为：P(δ - σ ＞0 ) 　 　设应力σ和强度δ均为随机变量，则 Z = δ - σ也为随机变量。 　产品强度可靠度 　　　R=P( z＞0)= P(δ - σ ＞0) 由于强度δ和应力σ都是随即变量 实际中，基于强度δ和应力σ的分布规律可以开展对强度可靠性的分析计算 　　当应力与强度均为正态分布时，应力与强度的概率密度函数分别为： μσ、μδ为应力与强度的均值 Sσ、Sδ为应力与强度的标准差 令y=δ-σ,根据可靠度定义，可知强度δ大于应力σ的概率就是P(y0)。 因δ，σ均正态分布，故y也正态分布 ，其概率密度函数为： 因y=δ-σ 也成正态分布 故应力-强度均正态分布下对应的强度可靠度为： 在上式中令 当y=0 则 当y=∞ 可将其转化为正态分布的标准型 其中 ZR称可靠度指数 　通过对ZR的计算，依据ZR的取值通过对标准正态分布表的查询可以得到对应的强度可靠度 　依据应力-强度呈正态分布时，可靠性计算方法，对于应力-强度呈对数正态分布的情况可用类似方法得到其可靠度指数 　通过对ZR的计算，查正态分布表可得对应的可靠度 例：某零件强度 　　μδ=180MPa，Sδ=22.5MPa， 　　工作应力 　　μσ=130MPa；Sσ=13MPa， 　　且强度和应力均服从正态分布，计算零件失效概率与可靠度。 解：依据 　　μδ=180MPa，Sδ=22.5MPa， 　　μσ=130MPa；Sσ=13MPa， 计算可靠度指数ＺＲ 查正态分布表 产品的强度可靠度就是 δ σ的概率P(δ - σ ＞0 ) 　　实际中存在强度和应力在概率分布上出现重叠的情况，既强度和应力之间存在干涉　 对于所有情况都适合吗？　 3、考虑应力强度干涉的可靠性设计 X 　实际中，产品自身强度会伴随使用时间延长呈下降趋势，与之对应产品强度概率分布会随时间增长而向低偏移导致强度和应力出现干涉 　应力-强度干涉模型　 　在干涉区（两概率密度曲线有重叠部分）虽然工作应力平均值μσ远小于 强度平均值μδ，但不能保证工作应力始终不大于极限应力 干涉区 干涉区阴影面积就是产品失效概率吗？ NO！ 对于干涉区中的点σ，以及其邻域 ［σ－dσ/2, σ+dσ/2 ］ 应力σ出现在干涉区间［σ－dσ/2, σ +dσ/2 ］内的概率为： Ｐ[(σ- dσ/2)≦σ≦ (σ＋ dσ/2)] = f(σ)dσ　 *